Estudio, diseño e implementación del enlace ascendente de comunicaciones NVIS multiportadora de baja potencia y diversidad de polarización

Cada día el número de dispositivos IoT (Internet of Things) es mayor, apareciendo consecuentemente nuevos protocolos y tecnologías radio enfocadas a la comunicación de este tipo de dispositivos según sus necesidades. En el caso de dispositivos RIoT (Remote Internet of Things) que se encuentran en zonas muy alejadas de infraestructuras de telecomunicaciones o que la orografía no permite la visión directa entre transmisor y receptor, las comunicaciones por satélite y HF (High Frequency) son opciones que pueden garantizar el enlace. En el caso de las comunicaciones HF, son una alternativa de bajo coste debido a las características de propagación de sus ondas capaces de ser reflejadas por la ionosfera abarcando miles de kilómetros. A pesar de que la banda de uso (3-30 MHz) se encuentra muy por debajo de la satelital, son una opción válida para el ancho de banda requerido en dispositivos RIoT. Respecto a los estándares de las comunicaciones HF podemos destacar el MIL-STD-188-110D y el STANAG 4539, los cuales varían la modulación y el ancho de banda según la velocidad de bits requerida. Este tipo de estándares son genéricos para los subtipos de enlaces HF: DX (Distance X) para enlaces superiores a 250 km y NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) para enlaces menores a 250 km. Debido a las diferencias en los parámetros del canal entre ambos subtipos de enlaces, los estándares actuales pueden ser más robustos si se basan en un único subtipo de enlace. Por ello, a través de esta tesis doctoral, se ha caracterizado el canal ionosférico NVIS en la región polar antártica con el fin de definir un protocolo de transmisión de la capa física lo más acotado a las características del canal. Con tal propósito, debido a que las modulaciones de banda estrecha son susceptibles principalmente al delay spread del canal se propone el uso de la modulación multiportadora OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) debido a su diseño capaz de evitar el delay spread. Con el propósito de verificar los resultados, se ha probado la OFDM diseñada en un escenario real, manteniendo la velocidad de bit y ancho de banda de los estándares para poder comparar la robustez de la comunicación. Además, debido a que los estándares no están enfocados a transmisiones de potencias muy bajas, en dispositivos RIoT la gestión energética es de gran importancia debido a que se encuentran fuera de la red eléctrica y requieren altas autonomías energéticas. Por ello la investigación se ha centrado también en el análisis de las modulaciones de banda estrecha y de la modulación OFDM a muy bajas potencias (menores de 6 W). Por último, para aumentar más la robustez de la modulación, se ha analizado el comportamiento de las modulaciones de banda estrecha y la modulación OFDM haciendo uso de técnicas de diversidad de polarización como SC (Selection Combining) y EGC (Equal-Gain Combining) en un enlace SIMO (Single Input Multiple Output) para recibir las ondas ordinaria y extraordinaria.